En relación có artigo anterior imos a calcular a masa efectiva do aire. Supoñendo que o aire está composto do 20% de osíxeno e do 80% de nitróxeno e as moléculas de estes gases están constituidas por dous átomos, a masa molecular efectiva do aire pódese calcular da seguinte forma:
A masa a atómica do nitróxeno é de 14,0067 uma, polo tanto unha molécula de nitróxeno $N_{2}$ terá unha masa molecular de 28,0134 uma. A masa atómica do osíxeno é de 15,9944 uma, polo tanto unha molécula de osíxeno $O_{2}$ terá unha masa molecular de 31,988 uma. Tendo en conta os porcentaxes anteriores:
$M_{eff}=\left ( 28.0134uma \right )\left ( \frac{80}{100} \right ) + \left ( 31.9888uma \right )\left (\frac{20}{100}\right ) = 28.8085uma$
Imos calcular a cantidade de moléculas en condicións normais, e cantas hai de cada tipo, en un $1cm^{3}$ de aire:
En condicións normais a temperatura son T=273 K a presión é p=1 atm.
Para calcular o número de moléculas primeiro calculamos o número de moles,
o volume é v=$1cm^{3}$=$1^{-3}dm^{3}$=$10^{-3}litros$. A partir da ecuación de estado para os gases ideais:
$p.v=n.R.T\Rightarrow n=\frac{p.v}{R.T}=\frac{\left ( 1atm \right ).\left ( 10^{-3}L \right )}{\left ( 0.082 \frac{atm.L}{mol.K} \right )\left ( 273K \right )}=4,4671\cdot 10^{-5}moles.$
Para calcular o número de moléculas necesitamos o número de Avogadro:
$\left (4,4671\cdot 10^{-5}moles \right )\cdot\left (\frac {6,023\cdot10^{23}mol\acute {e}culas}{1mol} \right )=2,7\cdot10^{19}mol\acute{e}culas$
Destas moléculas as de nitróxeno serán o 80%:
$mol_{N_{2}}=\left (2,7\cdot10^{19}mol\acute{e}culas \right )\cdot\left (\frac {80}{100} \right )=2,16\cdot10^{19}mol\acute{e}culas$
As de osíxeno 20%:
$mol_{O_{2}}=\left (2,7\cdot10^{19}mol\acute{e}culas \right )\cdot\left (\frac {20}{100} \right )=5,4\cdot10^{18}mol\acute{e}culas$
Amosando publicacións coa etiqueta NDIR. Amosar todas as publicacións
Amosando publicacións coa etiqueta NDIR. Amosar todas as publicacións
luns, 8 de abril de 2019
venres, 29 de marzo de 2019
Explicación das partes por millón en volume.
Se dentro da cámara temos N gases e dun en concreto, i, temos $n_{i}$ moles, sendo a masa molar $M_{i}$ e ocupando un volume $v_{i}$, entón a densidade dese gas é: $\rho_{i}=\frac{n_{i}.M_{i}}{v_{i}}$
Da lei dos gases ideais $p_{i}.v_{i}=n_{i}RT\Rightarrow p_{i}=\frac{\rho_{i}}{M_{i}}RT$
Se temos N gases ocupando o mesmo volume, que pode ser o caso dentro da cámara de medida do sensor, e a unha mesma temperatura T:
$\frac{p _i}{\sum p_j}=\frac{\frac{\rho _i}{M_i}RT}{\sum \frac{\rho _j}{M_j}RT}=\frac{\frac{\rho _i}{M_i}}{\sum \frac{\rho _j}{M_j}}=\frac{n_i}{\sum n_j}$
Se chamamos á presión total: $p_{total}= \sum p _j$ e á densidade total: $\rho _{total}= \sum \rho _j$
Podemos expresar a presión total, empregando a lei dos gases ideais, da seguinte maneira:
Se definimos a masa molecular efectiva do aire $M_{eff}$ tal que:
$\frac{\rho _{total}}{Meff}= \sum \frac{\rho _{j}}{M_{j}}$ podemos expresar a presión total:
$p_{total} = \rho_{total} \left ( \frac{R}{M_{eff}} \right ) T$
Do anterior dedúcese: $\frac{n_{i}}{\sum n_{j}}= \frac{^{\frac{\rho_{i}}{M_{i}}}}{\frac{\rho_{total}}{M_{eff}}} \Rightarrow \frac{\rho_{i}}{\rho_{total}} = \left ( \frac{M_{i}}{M_{eff}} \right ).\frac{n_{i}}{\sum n_{j}}$
Disto último a fración en masa en partes por millón é: $10^{6}.\frac{\rho_{i}}{\rho_{total}}$ a fración molar en partes por millón, que é o que mide o sensor, é:
$10^{6}.\frac{n_{i}}{\sum n_{j}}$
A relación entre a medida do sensor e da fracción en masa vén dada polo factor
$(\frac{M_{i}}{M_{eff}})$ , ou sexa, a proporción entre a masa molecular de cada gas $(M_{i})$ e a masa molecular efectiva da mestura de gases coa que estamos traballando $(M_{eff})$.
Da lei dos gases ideais $p_{i}.v_{i}=n_{i}RT\Rightarrow p_{i}=\frac{\rho_{i}}{M_{i}}RT$
Se temos N gases ocupando o mesmo volume, que pode ser o caso dentro da cámara de medida do sensor, e a unha mesma temperatura T:
$\frac{p _i}{\sum p_j}=\frac{\frac{\rho _i}{M_i}RT}{\sum \frac{\rho _j}{M_j}RT}=\frac{\frac{\rho _i}{M_i}}{\sum \frac{\rho _j}{M_j}}=\frac{n_i}{\sum n_j}$
Se chamamos á presión total: $p_{total}= \sum p _j$ e á densidade total: $\rho _{total}= \sum \rho _j$
Podemos expresar a presión total, empregando a lei dos gases ideais, da seguinte maneira:
$p_{total}=\sum \frac{n_{i}}{v_{i}}RT=\sum \frac{\rho _{i}}{M_{i}}RT$
Se definimos a masa molecular efectiva do aire $M_{eff}$ tal que:
$\frac{\rho _{total}}{Meff}= \sum \frac{\rho _{j}}{M_{j}}$ podemos expresar a presión total:
$p_{total} = \rho_{total} \left ( \frac{R}{M_{eff}} \right ) T$
Do anterior dedúcese: $\frac{n_{i}}{\sum n_{j}}= \frac{^{\frac{\rho_{i}}{M_{i}}}}{\frac{\rho_{total}}{M_{eff}}} \Rightarrow \frac{\rho_{i}}{\rho_{total}} = \left ( \frac{M_{i}}{M_{eff}} \right ).\frac{n_{i}}{\sum n_{j}}$
Disto último a fración en masa en partes por millón é: $10^{6}.\frac{\rho_{i}}{\rho_{total}}$ a fración molar en partes por millón, que é o que mide o sensor, é:
$10^{6}.\frac{n_{i}}{\sum n_{j}}$
A relación entre a medida do sensor e da fracción en masa vén dada polo factor
$(\frac{M_{i}}{M_{eff}})$ , ou sexa, a proporción entre a masa molecular de cada gas $(M_{i})$ e a masa molecular efectiva da mestura de gases coa que estamos traballando $(M_{eff})$.
xoves, 28 de marzo de 2019
Circuito Arduino
O circuíto empregado para a medida do dióxido de carbono ten os seguintes elementos:
- Pantalla LCD 20x4 I2C
- Sensor K30 NDIR
- Arduino UNO
- Fonte YWRobot
- Placa breadboard
As conexións indícanse na seguinte imaxe:
 |
| Francisco. Conexións. CC-BY-SA |
Códido Arduino.
Mostramos a continuación o código necesario para o funcionamento do circuíto:
#include <K30_I2C.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
K30_I2C k30_i2c = K30_I2C(0x68);
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F, 20, 4);
int co2 = 0;
int rc = 1;
String ppmString = " ppm";
String linea1;
String linea2;
int TiempoLazo = 3000;
void setup() {
lcd.init();
lcd.backlight();
}
void loop() {
rc = k30_i2c.readCO2(co2);
if (rc == 0) {
linea1 = "Nivel de CO2:";
linea2 = String(co2) + ppmString;
} else {
linea1 = String("Fallo en la lectura sensor\n");
linea2 = String("Retorno codigo: " + String(rc));
}
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(linea1);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(linea2);
delay(TiempoLazo);
lcd.clear();
}
#include <K30_I2C.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
K30_I2C k30_i2c = K30_I2C(0x68);
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F, 20, 4);
int co2 = 0;
int rc = 1;
String ppmString = " ppm";
String linea1;
String linea2;
int TiempoLazo = 3000;
void setup() {
lcd.init();
lcd.backlight();
}
void loop() {
rc = k30_i2c.readCO2(co2);
if (rc == 0) {
linea1 = "Nivel de CO2:";
linea2 = String(co2) + ppmString;
} else {
linea1 = String("Fallo en la lectura sensor\n");
linea2 = String("Retorno codigo: " + String(rc));
}
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(linea1);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(linea2);
delay(TiempoLazo);
lcd.clear();
}
 |
| Abraham. Código. CC-BY-SA |
sábado, 9 de marzo de 2019
Fundamentos NDIR
Os elementos que intevienen na detección son: emisor de infravermellos, cámara de muestreo, filtro de lonxitude de onda e detector de infravermellos.
O gas a detectar(dióxido de carbono) entre a fonte de infravermellos e o detector absorbe radiación infravermella de determinada lonxitude de onda. O filtro absorbe todas as lonxitudes de onda menos a absorbida polo dióxido de carbono. O detector rexistra a cantidade de infravermello non absorbido, e desta maneira pódese saber a cantidade de dióxido de carbono que está presente. A expresión matemática que describe o fenómeno é a ecuación de Beer- Lambert:
 |
| Lilly Bolero. NDIR. CC-BY-SA |
$ I=I_0.e^{Ksc} $
$I_0$ é a intensidade de luz nunha cámara vacia.
$K$ é o coeficiente específico de absorción.
$c$ é a concentración do gas obxectivo.
$s$ é a lonxitude do tramo de absorción.
É un sistema de moi alta precisión e de baixo consumo.
Aquí témolo noso sensor nas mans de Yeray:
$K$ é o coeficiente específico de absorción.
$c$ é a concentración do gas obxectivo.
$s$ é a lonxitude do tramo de absorción.
É un sistema de moi alta precisión e de baixo consumo.
Aquí témolo noso sensor nas mans de Yeray:
 |
| Lilly Bolero. Sensor K30. CC-BY-SA |
Medida do Dióxido de carbono
A directora do IES acompaña ao alumnado que experimenta coa tecnoloxía de infravermello non dispersivo no espazo creativo( FAB LAB) da Augateca, no marco do Proxecta, na montaxe do circuíto para a medida do dióxido de carbono.
Lilly Bolero .Proxecta na Augateca. En youtube. CC-BY-SA
sábado, 16 de febreiro de 2019
Entendendo os infravermellos
Para comprender como se comportan e que son as radiacións infravermellas
gocemos deste vídeo. É o primeiro paso para entender a tecnoloxía NDIR que usará o noso sensor K30.
MARDUK Ciencia. El espectro electromagnético 4 NASA. En youtube. Licenza youtube estandar
sábado, 9 de febreiro de 2019
NDIR Medida do Dióxido de Carbono
Obxectivos
Empregando a técnica de infravermello non dispersivo(NDIR) o alumnado de segundo de bacharelato propón estes obxectivos:
- Investigar os fundamentos da técnica de infravermello non dispersivo co sensor K30 para o dióxido de carbono. O sensor poñerase en funcionamento coa plataforma Arduino. Os datos visualizaranse nunha pantalla lcd con protocolo I2C.
- Cos datos recolleitos investigarase en profundidade o significado de partes por millón en volume, entendendo ben como a fracción en masa é a fracción de moles multiplicada pola razón dos pesos moleculares do dióxido de carbono e o aire.
- Facer unha reflexión profunda do significado do número de Avogadro.
Subscribirse a:
Publicacións (Atom)